高考物理大一轮复习 第11章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述学案 新人教版.doc

第一讲交变电流的产生和描述考试内容要求高考命题统计命题规律201520162017卷卷卷卷卷卷卷卷交变电流、交变电流的图象从近几年命题看，高考对本章内容考查命题频率较低，主要体现在“三突出”：一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图象和交变电流的“四值”；三是突出考查变压器及远距离输电，难度不大，多以选择题的形式命题变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点.正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器t166分t166分t196分远距离输电实验：传感器的简单应用一交变电流1定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流2图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示二正弦式交变电流12如图n匝矩形线圈abcd在磁感应强度为b的匀强磁场中绕垂直磁感线的轴oo以角速度匀速转动，abcdl1，adbcl2从中性面开始计时，试推导线圈中产生的感应电动势e的表达式提示：画出平面俯视图，经过时间t转过的角度t，vbcvadebceadnbl2vbcsin eebcead2nbl2vbcsin tnbl1l2sin t3试分析讨论线圈平面经过中性面和垂直中性面时的特点：在中性面bs，0，e0.在垂直中性面0，最大(最大或最小)，enbs.三描述交变电流的物理量12对照教材：交变电流的有效值是根据什么定义的？提示：有效值是根据电流的热效应定义的(1)对正弦式交变电流有效值和最大值之间的关系eem，uum，iim图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是：图甲、图乙表示的都是交变电流吗？提示：是图甲交变电流的有效值是220 v，图乙交变电流的有效值和图甲的相等吗？提示：不等(2)试分别求出下列两种交变电流的有效值分别为4 a、5 a(3)怎样计算交变电流的平均值？如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度为b的水平匀强磁场中，线框面积为s，电阻为r.线框绕cd边重合的竖直转轴以角速度匀速转动，从中性面开始计时，线圈转动过程中产生的电动势的有效值e；转过的过程中平均感应电动势，通过导体截面的电荷量q；转过一周的过程中平均感应电动势为0.1判断正误(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，一定会产生正弦式交变电流()(2)线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大()(3)有效值公式i适用于任何交变电流()(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值()(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的平均值()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2(多选)关于中性面，下列说法正确的是()a线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零b线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大c线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次d线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次答案：ac3(多选)图甲为交流发电机的原理图，正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴oo匀速转动，电流表为理想交流电表，线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示，则()a电流表的示数为10 ab线圈转动的角速度为50 rad/sc0.01 s时线圈平面和磁场平行d0.01 s时线圈的磁通量变化率为0答案：ad4(鲁科版选修32p61第1题)两只相同的电阻，分别通以正弦波形的交变电流和方波形的交变电流，两种交变电流的最大值相等，且周期相等(如图所示)在正弦波形交变电流的一个周期内，正弦波形的交变电流在电阻上产生的焦耳热为q1，其与方波形交变电流在电阻上产生的焦耳热q2之比q1q2等于()a11b21c12d43答案：c考点一交变电流的产生及变化规律1交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律 物理量函数表达式图象磁通量mcos tbscos t电动势eemsin tnbssin t电压uumsin tsin t电流iimsin tsin t2交变电流瞬时值表达式的书写(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式emnbs求出相应峰值(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为iimsin t.线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iimcos t.1(2014天津卷)(多选)如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示，则()a两次t0时刻线圈平面均与中性面重合b曲线a、b对应的线圈转速之比为23c曲线a表示的交变电动势频率为25 hzd曲线b表示的交变电动势有效值为10 v解析：选ac由题图2知t0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故选项a正确由图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比tatb23，再由周期与转速的关系n得nanb32，故选项b错误因ta4102 s，故fa25 hz，选项c正确因ema15 v，而emnbs，故embema10 v，eb5 v，选项d错误2(2017南京、盐城二模)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示发电机线圈内阻为10 ，外接一只电阻为90 的灯泡，不计电路的其他电阻，则()at0时刻线圈平面与中性面垂直b每秒钟内电流方向改变100次c灯泡两端的电压为22 vd00.01 s时间内通过灯泡的电量为0解析：选b由图乙电动势随时间变化的正弦规律图象可知：计时起点e0，即从中性面开始计时，选项a错误；由图象可知：电动势周期为0.02 s，所以频率为50 hz，即每秒钟内电流方向改变100次，选项b正确；由图象可知：电动势的有效值为22 v，所以灯泡两端的电压为u22 v198 v，选项c错误；00.01 s时间内通过灯泡的电流均为正方向，所以电量不为0，选项d错误.考点二交流电有效值的求解1交变电流有效值的规定：交变电流、恒定电流i直分别通过同一电阻r，在相等时间内产生焦耳热分别为q交、q直，若q交q直，则交变电流的有效值ii直(直流有效值也可以这样算)2对有效值的理解：(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值；(4)没有特别加以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的倍”仅适用于正弦式电流3交变电流通过电阻产生的焦耳热的计算只能用交变电流的有效值(不能用平均值)求解，求解电荷量时只能用交变电流的平均值(不能用有效值)计算 一个匝数为100匝，电阻为0.5 的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化则线圈中产生的交变电流的有效值为()a5 ab2 ac6 ad5 a解析：选b01 s内线圈中产生的感应电动势e1n1000.01 v1 v,112 s内线圈中产生的感应电动势e2n100 v5 v，在一个周期内产生的热量qq1q2t1t212 j，根据交变电流有效值的定义qi2rt12 j得i2 a，故b正确，a、c、d错误计算交变电流有效值的方法(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”；“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量(3)利用两个公式qi2rt和qt可分别求得电流有效值和电压有效值(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的(但必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系i、u求解 如图甲所示，一圆形金属线圈放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度为b0.现让线圈绕其一条直径以50 hz的频率匀速转动，较长时间t内产生的热量为q；若线圈不动，让磁场以图乙所示规律周期性变化，要在t时间内产生的热量也为q，乙图中磁场变化的周期t以s单位，数值应为()abcd解析：选c两种情况下，在相同时间内产生的热量相同，说明电压的有效值相同，现让线圈绕其一条直径以50 hz的频率匀速转动，电压有效值为e；磁场以图乙所示规律周期性变化，电压有效值为e，解得t，选项c正确3(2018湖北重点中学模拟)如图所示为某一线圈交流电的电流时间关系图象(前半个周期为正弦波形的)，则一个周期内该电流的有效值为()ai0bi0ci0di0解析：选b设电流的有效值为i，由i2rt()2r(2i0)2r，解得ii0.4如图所示，在xoy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为b.直角扇形导线框半径为l、总电阻为r，在坐标平面内绕坐标原点o以角速度匀速转动线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是()aibici0di解析：选b从图示位置转过90角的过程中，即在0时间内，线框中的感应电动势为ebl2，感应电流沿顺时针方向；在转过90至180的过程中，即在时间内，线框中的感应电动势仍为ebl2，感应电流沿逆时针方向；在转过180至270的过程中，即在时间内，线框中的感应电动势仍为ebl2，感应电流沿逆时针方向；在转过270至360的过程中，即在t时间内，线框中的感应电动势仍为ebl2，感应电流沿顺时针方向根据有效值的定义知i.考点三交变电流“四值”的理解和计算交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eemsin t计算线圈某一时刻的受力情况峰值最大的瞬时值emnbsim确定用电器的耐压值，电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值eui适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流热效应相关的量(如电功、电功率、电热等)；(2)电气设备“铭牌”上所标的量值一般是有效值；(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间的比值计算通过电路某截面的电荷量 如图所示，n50匝的矩形线圈abcd，ab边长l120 cm，ad边长l225 cm，放在磁感应强度b0.4 t的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的oo轴以n3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1 ，外电路电阻r9 ，t0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里求：(1)t0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90的过程中流过电阻r的电荷量解析：(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度2n100 rad/s图示位置的感应电动势最大，其大小为emnbl1l2代入数据得em314 v感应电动势的瞬时值表达式eemcos t314cos(100t)v.(3)电动势的有效值e线圈匀速转动的周期t0.02 s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即wi2(rr)tt代入数据得w986 j.(4)从t0起线圈转过90的过程中，t内流过r的电荷量：qt代入数据得q0.1 c答案：(1)感应电流方向沿adcba(2)e314cos(100t)v(3)986 j(4)0.1 c 如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动若从中性面开始计时，产生的电动势随时间变化规律如图乙所示已知发电机线圈内阻为10 ，外接灯泡的电阻为90 .求：(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；(2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量；(3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功解析：(1)由图得eemsin t6sin 100t(v)则电流i0.6sin 100t(a)(2)embs，em6 v100 rad/s，mbs27102 wb，(3)e6 v，外力所做的功wqt72102 j.答案：(1)i0.6sin 100t(a)(2)27102 wb(3)72102 j5(2018河北联考调研)(多选)如图所示，有一矩形线圈，面积为s，匝数为n，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动，从图示位置转90的过程中，下列说法正确的是()a通过电阻r的电量qb通过电阻r的电量qc外力做功平均功率pd从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为enbssin t解析：选bc从图示位置转90的过程中，磁通量变化bs，通过电阻r的电量qittn，选项a错误b正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动，产生的感应电动势最大值emnbs，感应电流有效值为i，外力做功平均功率peii2(rr)，选项c正确；从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为enbssin (t/2)，选项d错误6(多选)面积都为s且电阻相同的正方形线圈和圆形线圈，分别放在如图所示的磁场中，图甲中是磁感应强度为b0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期t